Das Erreichen der Netto-Null bis 2050 bedeutet im Wesentlichen, fossile Brennstoffe in weniger als 30 Jahren vollständig aus dem Verkehr zu ziehen. Ohne Kupfer ist das nicht möglich, sagen Bruno De Wachter und Fernando Nuño, Vertreter der International Copper Association und Mitglieder des Beirats der internationalen Elektrotechnik-FachmesseCWIEME Berlin. Hier diskutieren sie die Herausforderungen, denen wir im Umgang mit diesem uralten Metall gegenüberstehen.

Die Geschichte der Menschheit und des Kupfers reicht etwa 10.000 Jahre zurück. Die Menschen der Jungsteinzeit verwendeten zunächst naturbelassenes Kupfer für Werkzeuge, Waffen und Schmuckstücke, und die Verhüttung von Kupfer leitete vor etwa 5.000 Jahren die Bronzezeit ein. Die Römer bezogen es hauptsächlich aus Zypern und nannten es aes cyprium, „Metall aus Zypern“. Daraus entwickelte sich später der Begriff cuprum, woraus sich das englische Wort „copper“ ableitet.

In der Römerzeit wurde Kupfer vorwiegend für die Münzen des Reiches sowie zur Herstellung von Messing für spezielle Zwecke wie Schmuckstücke und bestimmte Bereiche der Sanitärtechnik und Architektur verwendet. Heute hingegen sind mehr als zwei Drittel (70 Prozent) der modernen Kupferproduktion für elektrische Anwendungen bestimmt. Kupfer spielt in jeder Phase des Stromnetzes eine Rolle: bei der Erzeugung, der Übertragung und der Nutzung von Strom.

Warum Kupfer?

Auf dem Weg zur Netto-Null-Emissionsbilanz ist Strom unser wichtigstes Instrument, und das Rückgrat unseres Stromnetzes ist Kupfer.

Kupfer ist nach Silber das Metall mit der zweithöchsten Leitfähigkeit und leitet Strom besser als Gold; doch aufgrund ihrer Knappheit und ihres hohen Preises kommen diese beiden Edelmetalle für die Millionen Tonnen, die für ein globales Energienetz benötigt werden, nicht in Frage. Die physikalischen Eigenschaften von Kupfer, wie beispielsweise seine Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, machen es ideal für unzählige Bauteile wie Kabel, Steckverbinder und Spulen. Schließlich ist es das 25. häufigste Element in der Erdkruste und lässt sich ohne nennenswerten Qualitätsverlust recyceln.

Die einzigartigen Eigenschaften von Kupfer festigen seine Position als unverzichtbarer Werkstoff für die Elektrifizierung – das Energieübertragungssystem, das den Weg der Menschheit zur Netto-Null-Emissionsbilanz untermauert.

Mehr Leistung, schneller

Da sich die elektrische Infrastruktur weiterentwickelt und sich der Lebensstandard weltweit verbessert, werden wir natürlich mehr Megawatt Strom benötigen, um den Bedarf zu decken. Eine Nebenwirkung der Energiewende ist jedoch, dass die Endnutzung jedes Megawatts Strom einen höheren Kupferverbrauch mit sich bringt als Alternativen auf Basis fossiler Brennstoffe.

Der Hauptgrund dafür ist, dass die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien wesentlich dezentraler erfolgt als die konventionelle thermische Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen, wodurch sie materialintensiver ist. So verfügt beispielsweise jede Windkraftanlage mit einer Leistung von 1 bis 5 MW über einen eigenen Generator, während ein Kohlekraftwerk in der Regel über einen einzigen Generator mit einer Leistung von 400 MW verfügt. Eine stärker dezentrale Erzeugung bedeutet zudem, dass das Stromnetz, über das der Strom vom Erzeugungsort zum Verbrauchsort transportiert wird, ausgebaut werden muss.

Zudem ist die Stromerzeugung aus nachhaltigen Quellen oft wetterabhängig. Während Kohle fast rund um die Uhr verbrannt werden kann, benötigt Windkraft eine konstante Brise und Solarenergie funktioniert nur tagsüber. Um natürliche Leistungsschwankungen auszugleichen, benötigen wir zusätzliche Erzeugungskapazitäten und Speichermöglichkeiten, um mit der Nachfrage Schritt zu halten – das bedeutet mehr Kupfer für mehr Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer Energien. Dies ist ein weiterer Grund, warum wir ein stärkeres Stromnetz brauchen: Je besser alle Erzeugungs- und Verbrauchsstandorte miteinander vernetzt sind, desto einfacher wird es, den Strom dort abzuzapfen, wo er gerade verfügbar ist.

Die Stromerzeugung ist eine Sache, aber „Net Zero“ bedeutet, dass auch am anderen Ende der Kette – beim Endverbraucher – eine Dekarbonisierung der Energie erfolgen muss. CO₂-freie Endenergie im Straßenverkehr bedeutet beispielsweise mehr Elektrofahrzeuge, doch jedes davon benötigt zwei- bis dreimal so viel Kupfer wie ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.

Bis 2040 wird saubere Elektrizität der größte Kupferverbraucher sein, doch Kupfer wird auch in einigen nicht-elektrischen Systemen eingesetzt, die den Übergang zur Netto-Null-Emissionswirtschaft unterstützen. Da Kupfer beispielsweise ein hervorragender Wärmeleiter ist, wird es häufig in Heiz- und Kühlsystemen verwendet, wie sie beispielsweise in Wärmepumpen zum Einsatz kommen, die eine wichtige Rolle bei der Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe für Heizzwecke spielen.

Schließlich ist das Streben nach Energieeffizienz an sich schon kupferintensiv. Nach dem Joule’schen Gesetz ist die als Wärme in einem elektrischen Leiter verlorene Energie proportional zum Widerstand, und der Widerstand ist umgekehrt proportional zum Leiterdurchmesser – je dicker also ein Kupferkabel ist, desto weniger Energie geht als Wärme verloren und desto effizienter ist das System. Dies gilt auch für die Wicklungen von Transformatoren und Elektromotoren. Im Grunde gilt: Je mehr Kupfer wir in jeder Anwendung einsetzen, desto mehr Energie sparen wir.

Reicht das aus?

Die Internationale Energieagentur hat zwei Szenarien für die zukünftige Kupfernachfrage veröffentlicht. Das „Stated Policies Scenario“ (STEPS) basiert auf den bereits von den Regierungen zugesagten Maßnahmen, während das ehrgeizigere „Sustainable Development Scenario“ (SDS) davon ausgeht, dass bis 2050 Netto-Null erreicht wird. Beide Szenarien gehen davon aus, dass die jährliche Kupfernachfrage bis zur Mitte des Jahrhunderts auf 40 Mt ansteigen wird (von derzeit rund 26 Mt), und zwar im Jahr 2050 im STEPS-Szenario bzw. im Jahr 2040 im SDS-Szenario.

Angesichts dieser beeindruckenden Zahlen stellt sich natürlich die Frage, ob die Erde über genügend Kupfer verfügt, um unseren Bedarf zu decken. Die kurze Antwort lautet: Ja. Es gibt genügend Ressourcen, um die Energiewende voranzutreiben und die Bedürfnisse der Gesellschaft zu befriedigen. Die Frage ist vielmehr, ob wir dieses Kupfer schnell genug fördern können, um mit den Zielen von STEPS oder SDS Schritt zu halten.

Die Primärkupferproduktion liegt derzeit bei 22 Millionen Tonnen (Mt) pro Jahr. Zusammen mit 4 Mt recyceltem Kupfer deckt dies den aktuellen Bedarf von 26 Mt. Die Nachfrage ist seit über einem Jahrhundert um etwa 3,3 Prozent pro Jahr gestiegen und hat sich etwa alle 30 Jahre verdoppelt. In der Vergangenheit waren Bevölkerungswachstum, die Ausweitung der Elektrifizierung und der Stromverbrauch die treibenden Kräfte hinter der Kupfernachfrage. Heute sind es die Energiewende und der weltweit steigende Lebensstandard. Derzeit verfügen wir über Kupferreserven – also Kupfervorkommen in betriebsbereiten Minen – für etwa 41 Jahre sowie über prognostizierte, aber derzeit noch unerschlossene Ressourcen für bis zu 250 Jahre.

Überraschenderweise ist die Anzahl der Jahre, für die die Kupferreserven reichen, seit Jahrzehnten in etwa gleich geblieben. Genau wie beim Öl gilt: Je knapper es wird, desto mehr Anstrengungen werden unternommen, um neue Vorkommen zu finden.

Möglicherweise lässt sich unsere Abhängigkeit von Kupfer durch die Entwicklung von Alternativen wie Aluminium verringern. Aluminium ist etwa dreimal leichter als Kupfer und könnte daher beispielsweise für den Einsatz in Freileitungen von Vorteil sein. Andererseits ist Aluminium für Anwendungen mit begrenzten Platz- und Gewichtsvorgaben ungeeignet, da es ein größeres Volumen aufweist und eine umfangreichere Umgebungsstruktur erfordert, um die gleiche Funktionalität wie Kupfer zu gewährleisten.

Ein weiterer Forschungsbereich ist Graphen, das ebenfalls dreimal leichter als Kupfer ist, aber mehr als doppelt so leitfähig und aus Kohlenstoff besteht, der zehnmal häufiger vorkommt. Es ist vielversprechend, doch die Nutzung von Graphen in der Elektroindustrie ist ein Bereich, der derzeit noch von der Forschung dominiert wird, und es wird wahrscheinlich Jahrzehnte dauern, bis Graphen zu einer gängigen Alternative zu Kupfer wird.

Wenn das Wachstum im historischen Tempo anhält und die Kupferproduktion entsprechend steigt, wie es seit über 100 Jahren der Fall ist, gibt es keinen Grund zur Sorge. Inzwischen werden jedoch Veränderungen in der Art und Weise eingeführt, wie wir Kupfer fördern.

Umweltfreundliche Produktion

Es ist unerlässlich, dass wir das Kupferrecycling maximieren, um Sekundärkupfer im Kreislauf zu halten. Die Eigenschaften von Kupfer in der Elektrotechnik, wie beispielsweise seine Reinheit, begünstigen das Recycling, das zudem weitaus weniger Auswirkungen auf die Umwelt hat als der Bergbau. Allerdings deckt das derzeitige Recycling von Vor- und Nachverbrauchsschrott (10 Mt) lediglich ein Drittel des heutigen Bedarfs und ein Fünftel des SDS für das Jahr 2040 ab. Darüber hinaus steht Nachverbrauchsschrott erst nach Ablauf der Lebensdauer der Geräte zur Verfügung, was beispielsweise bei einem Transformator etwa 30 Jahre beträgt.

Grünkupfer

Zumindest vorerst ist der Abbau bestehender Vorkommen an Primärkupfer unverzichtbar. Tatsächlich ist ohne Bergbau keine Netto-Null-Bilanz möglich. Auch wenn ein Bergbau ohne Auswirkungen auf die Umwelt unmöglich ist, muss er verantwortungsvoll betrieben werden – als sorgfältiger Ausgleich zwischen wirtschaftlichen, ökologischen, politischen und sozialen Herausforderungen.

In manchen Fällen ist es schwierig, dieses Gleichgewicht zu finden, wie die Schließung einer der weltweit größten Kupfer-Tagebaubetriebe Ende 2023 zeigt. Als Reaktion auf landesweite Proteste, deren Gründe von Umweltbedenken bis hin zu Korruptionsvorwürfen reichten, entschied das oberste Gericht Panamas, dass der Vertrag des kanadischen Bergbauunternehmens First Quantum Minerals für das Projekt „Cobre Panama“ verfassungswidrig sei, und zwang das Unternehmen, den Betrieb . Der Standort in Donoso beschäftigte 7.000 Menschen, trug rund fünf Prozent zum Bruttoinlandsprodukt Panamas bei und machte ein Prozent der weltweiten Kupferproduktion aus.

Internationale Zusammenarbeit sowie der Austausch von Ideen und Fachwissen bei Veranstaltungen wie der CWIEME Berlintragen dazu bei, dass die Branche zusammenarbeitet und ihren Beitrag leistet, um die Vorteile der Kupferverwendung zu maximieren und die Umweltauswirkungen der Kupferproduktion zu verringern.

So stammen beispielsweise 0,2 Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen aus dem Produktionszyklus von Kupfer – vom Abbau über die Veredelung bis hin zur Fertigung. Auch wenn dies weit weniger ist als die Emissionen, deren Entstehung durch Kupfer verhindert wird, haben sich die Mitglieder der International Copper Association das Ziel gesetzt, bis 2050 für die Emissionen der Scope-1- und Scope-2-Kategorien Netto-Null zu erreichen. Oder betrachten wir „The Copper Mark“, einen branchenweiten Standard zur Förderung der verantwortungsvollen Produktion, Beschaffung und des Recyclings von Kupfer und anderen kritischen Metallen. Die Zertifizierung basiert auf 32 Indikatoren und deckt soziale und ökologische Themen ab, von sozialem Engagement und der Verhinderung von Kinderarbeit bis hin zum verantwortungsvollen Umgang mit Wasser und Ressourcenmanagement.

Seit Jahrtausenden nutzen die Menschen Kupfer, um ihr Leben zu verbessern, und mit dem richtigen Ansatz können wir es noch weitere Jahrtausende lang nutzen – vielleicht steht seine größte Blütezeit ja erst noch bevor.